人教版高三物理高考一轮复习专题三 牛顿运动定律的综合应用课件 新人教 (2).ppt

一、瞬时加速度问题一、瞬时加速度问题1a与与F合合的瞬时对应关系的瞬时对应关系 物物体体在在每每一一瞬瞬时时的的加加速速度度只只决决定定于于这这一一瞬瞬时的时的 ，而与这一瞬时之前或，而与这一瞬时之前或 之后的合外力之后的合外力 合力合力没有关系没有关系 牛顿运动定律的综合应用牛顿运动定律的综合应用2021/8/9 星期一12轻绳、橡皮绳、轻弹簧、轻杆四种理想模型的比较轻绳、橡皮绳、轻弹簧、轻杆四种理想模型的比较 特特性性模型模型 质质量量内部内部弹弹力力受外力受外力时时的形的形变变量量力能否力能否突突变变产产生拉生拉力或力或压压力力轻绳轻绳不不计计处处处处相等相等微小不微小不计计可以突可以突变变只有拉只有拉力没有力没有压压力力橡皮橡皮绳绳较较大大一般不一般不能突能突变变只有拉只有拉力没有力没有压压力力轻弹轻弹簧簧较较大大一般不一般不能突能突变变既可有既可有拉力也拉力也可有可有压压力力轻轻杆杆微小不微小不计计可以突可以突变变既有拉既有拉力也可力也可有支持有支持力力 当物体受力突然变化时，物体的加速度当物体受力突然变化时，物体的加速度也会瞬间发生变化但是速度在该瞬间是不也会瞬间发生变化但是速度在该瞬间是不变的，因为速度的变化需要过程的积累变的，因为速度的变化需要过程的积累2021/8/9 星期一21.图图331如如图图331所所示示，A、B两两木木块块间间连连一一轻轻质质弹弹簧簧，A、B质质量量相相等等，一一起起静静止止地地放放在在一一块块光光滑滑木木板板上上，若若将将此此木木板板突突然然抽抽去去，在在此此瞬瞬间间，A、B两两木木块块的加速度分别是的加速度分别是()2021/8/9 星期一3 AaA0，aB2g BaAg，aBg CaA0，aB0 DaAg，aB2g 解解析析：由由题题意意得得：当当刚刚抽抽去去木木板板时时，弹弹簧簧还还没没有有来来得得及及恢恢复复形形变变，所所以以弹弹力力的的大大小小不不变变，仍仍等等于于物物体体A的的重重力力大大小小，对对于于物物体体B，受受到到的的力力为为竖竖直直向向下下的的重重力力和和弹弹簧簧竖竖直直向向下下的的弹弹力力的的作作用用，根根据据牛牛顿顿第第二二定定律律得得到到物物体体B的的加加速速度度大大小小为为2g.而而对对物物体体A，进进行行受受力力分分析析得得：受受到到竖竖直直向向下下的的重重力力和和弹弹簧簧竖竖直直向向上上的的弹弹力力 作作用用，两两力力不不变变，合合力力为为零零，根根据据牛牛顿顿第第二二定定律律得得加加速速度度为为零零，综综上上所所述述，本本 题的正确选项为题的正确选项为A.答案：答案：A2021/8/9 星期一4二、临界与极值问题二、临界与极值问题 在在应应用用牛牛顿顿运运动动定定律律解解决决动动力力学学问问题题中中，当物体运当物体运动动的加速度不同的加速度不同时时，物，物 体体有有可可能能处处于于不不同同的的状状态态，特特别别是是题题目目中出中出现现“最大最大”、“最小最小”、“刚刚 好好”等等词词语语时时，往往往往会会有有 现现象象，此此时时要采用假要采用假设设法或极限分析法，法或极限分析法，看看物物体体在在不不同同的的加加速速度度时时，会会有有哪哪些些现现象象发发生，尽快找出生，尽快找出临临界点，求出界点，求出临临 界条件界条件临界临界2021/8/9 星期一51“假设法假设法”分析动力学问题分析动力学问题 假假设设法法是是解解物物理理问问题题的的一一种种重重要要方方法法，用假设法解题，一般依题意从某一用假设法解题，一般依题意从某一 假假设设入入手手，然然后后运运用用物物理理规规律律得得出出结结果果，再进行适当讨论，从而找出正确再进行适当讨论，从而找出正确 答答案案，这这样样解解题题科科学学严严谨谨、合合乎乎逻逻辑辑，而且可以拓宽思路，最常见的是用而且可以拓宽思路，最常见的是用 假设法判定力的方向假设法判定力的方向 2021/8/9 星期一6 方方法法一一：首首先先假假定定某某力力不不存存在在，看看物物体体发发生怎生怎样样的运的运动动，然后再确定，然后再确定该该力力 应应在在什什么么方方向向物物体体才才会会产产生生题题目目给给定定的的运运动动状状态态 方方法法二二：假假定定某某力力沿沿某某一一方方向向，用用运运动动规规律律进进行行验验算算，若若算算得得正正值值，说说明明此此力力与与假假定定的方向相同，否的方向相同，否则则相反相反 方方法法三三：在在力力的的作作用用线线上上定定出出坐坐标标轴轴的的正正方方向向，将将此此力力用用正正号号运运算算，若若求求得得的的是是正正值值，说说明此力与坐明此力与坐标轴标轴同向，否同向，否则则相反相反2021/8/9 星期一72“极限法极限法”分析动力学问题分析动力学问题 在在物物体体的的运运动动状状态态变变化化过过程程中中，往往往往达到某个特定状态时，有关的物理达到某个特定状态时，有关的物理 量量将将发发生生突突变变，此此状状态态叫叫临临界界状状态态相应的待求物理量的值叫临界相应的待求物理量的值叫临界 值值利利用用临临界界值值来来作作为为解解题题思思路路的的起起点是一种很有用的思考途径，也可点是一种很有用的思考途径，也可 以以说说是是利利用用临临界界条条件件求求解解这这类类问问题题的关键在于抓住满足临界值的条的关键在于抓住满足临界值的条 件件，准准确确地地分分析析物物理理过过程程，进进行行求求解解2021/8/9 星期一82.图图332 如如图图332所所示示，质质量量都都为为m的的A、B两两物物体体叠叠放放在在竖竖直直弹弹簧簧上上并并保保持持静静止止，用用大大小小等等于于mg的的恒恒力力F向向上上拉拉B，运运动动距距离离h时时B与与A分分离离则则下下列列说说法法中中正正确确的是的是()2021/8/9 星期一9 解解析析：在在施施加加外外力力F前前，对对AB整整体体受受力力分分析析可可得得：2mgk kx1，A、B两两物物体体分分离离时时，B物物体体受受力力平平衡衡，两两者者加加速速度度恰恰好好为为零零，选选项项A、B错错误误；对对物物体体A：mgk kx2，由由于于x1x2h，所所以以弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为k kmg/h，选选项项C正正确确；在在 B与与A分分离离之之前前，由由于于弹弹簧簧弹弹力力逐逐渐渐减减小小，加加速速度度逐逐渐渐减减小小，选选项项D错错误误 答案：答案：C2021/8/9 星期一10三、整体法与隔离法选取的原则三、整体法与隔离法选取的原则 系系统统问问题题是是指指在在外外力力作作用用下下几几个个物物体体连连在在一起运一起运动动的的问题问题，系，系统统内的物体的内的物体的 加加速速度度可可以以相相同同，也也可可以以不不相相同同，对对该该类类问题处问题处理方法如下：理方法如下：1隔离法的选取隔离法的选取 (1)适适应应情情况况：若若系系统统内内各各物物体体的的加加速速度度不不相同，且需要求物体之相同，且需要求物体之间间的作用力的作用力 (2)处处理理方方法法：把把物物体体从从系系统统中中隔隔离离出出来来，将内力将内力转转化化为为外力，分析物体的受力外力，分析物体的受力 情情况况和和运运动动情情况况，并并分分别别应应用用牛牛顿顿第第二二定定律列方程求解，隔离法是受力分析的律列方程求解，隔离法是受力分析的 基基础础，应应重点掌握重点掌握2021/8/9 星期一112整体法的选取整体法的选取 (1)适适应应情情况况：若若系系统统内内各各物物体体具具有有相相同同的的加加速度，且不需要求物体之间的作用力速度，且不需要求物体之间的作用力 (2)处处理理方方法法：把把系系统统内内各各物物体体看看成成一一个个整整体体(当成一个质点当成一个质点)来分析整体受到的来分析整体受到的 外外力力，应应用用牛牛顿顿第第二二定定律律求求出出加加速速度度(或或其其他他未知量未知量)3整整体体法法、隔隔离离法法交交替替运运用用原原则则：若若系系统统内内各各物物体具有相同的加速度，且要求物体具有相同的加速度，且要求物 体体之之间间的的作作用用力力时时，可可以以先先用用整整体体法法求求出出加加速速度，然后再用隔离法选取合适的研度，然后再用隔离法选取合适的研 究究对对象象，应应用用牛牛顿顿第第二二定定律律求求作作用用力力即即“先先整体求加速度，后隔离求内力整体求加速度，后隔离求内力”运用整体法分析问题时，系统内各物体运用整体法分析问题时，系统内各物体的加速度的大小和方向均应相同，如果系的加速度的大小和方向均应相同，如果系统内各物体的加速度仅大小相同，如通过统内各物体的加速度仅大小相同，如通过滑轮连接的物体，应采用隔离法求解滑轮连接的物体，应采用隔离法求解 2021/8/9 星期一123.(2009河河南南省省实实验验中中学学模模拟拟)如如图图333甲甲所示，在粗糙的水平面上，所示，在粗糙的水平面上，质质量分量分 别别为为m和和M(m M1 2)的的物物块块A、B用用轻轻弹弹簧相簧相连连，两物，两物块块与水平面与水平面间间的的动动摩摩 擦擦因因数数相相同同当当用用水水平平力力F作作用用于于B上上且且两两物物块块共同向右加速运共同向右加速运动时动时，弹弹簧的伸簧的伸 长长量量为为x1.当当用用同同样样大大小小的的力力F竖竖直直加加速速提提升升两物两物块时块时(如如图图乙所示乙所示)，弹弹簧的伸簧的伸长长 量量为为x2，则则x1 x2等于等于()A1 1 B1 2 C2 1 D2 3 答案：答案：A图图3332021/8/9 星期一13图图334【例【例1】如图如图334所示，质量为所示，质量为m的球与弹簧的球与弹簧和和 水平细线水平细线相连，相连，、的另一端分别固定于的另一端分别固定于P、Q.球静止时，球静止时，中拉力大小为中拉力大小为F1，中拉力大小为中拉力大小为 F2，当仅剪断，当仅剪断、中的一根的瞬间时，球的加速中的一根的瞬间时，球的加速 度度a应是应是()2021/8/9 星期一14 A若断若断，则，则ag，方向竖直向下，方向竖直向下 B若断若断，则，则a ，方向水平向左，方向水平向左 C若断若断，则，则a ，方向沿，方向沿的延长线的延长线 D若断若断，则，则ag，方向竖直向上，方向竖直向上 解析：解析：如果剪断细线，弹簧来不及变化，如果剪断细线，弹簧来不及变化，所以重力与弹力的合力水平向左，所以重力与弹力的合力水平向左，大小为大小为F1sin或或F2；如果剪断弹簧，水平；如果剪断弹簧，水平细线的拉力瞬时变化，物体只受细线的拉力瞬时变化，物体只受重力作用，加速度为重力作用，加速度为g，方向竖直向下，方向竖直向下 答案：答案：AB2021/8/9 星期一15分析瞬时加速度问题，主要抓住分析瞬时加速度问题，主要抓住1分分析瞬时前后的受力情况及运动状态，列出相应的规律方程析瞬时前后的受力情况及运动状态，列出相应的规律方程2紧抓轻绳模型中的弹力可以突变、轻弹簧模型中的弹力不能突变这个力学特征紧抓轻绳模型中的弹力可以突变、轻弹簧模型中的弹力不能突变这个力学特征2021/8/9 星期一1611如图如图335所示，竖直放置在水平面上的轻质弹簧所示，竖直放置在水平面上的轻质弹簧 上叠放着两物块上叠放着两物块A、B，A、B的质量均为的质量均为2 kg，它们处于，它们处于 静止状态，若突然将一个大小为静止状态，若突然将一个大小为10 N，方向竖直向下的，方向竖直向下的 力施加在物块力施加在物块A上，则此瞬间，上，则此瞬间，A对对B的压力大小为：的压力大小为：(g 10 m/s2)()A10 N B20 N C25 N D30 N 解析：解析：对对AB整体分析，当它们处于静止状态时，弹簧的整体分析，当它们处于静止状态时，弹簧的 弹力等于整体弹力等于整体AB的重力，当施加力的重力，当施加力F的瞬时，弹力在瞬间的瞬时，弹力在瞬间 不变，故不变，故A、B所受合力为所受合力为10 N，则，则aF合合/(2m)2.5 m/s2，后隔离，后隔离A物块受力分析，得物块受力分析，得FmgFNma，解，解 得得FN25 N，所以，所以A对对B的压力大小也等于的压力大小也等于25 N.答案答案：C 图图3352021/8/9 星期一17【例【例2】图图336小小球球B放在真空容器放在真空容器A内，小球内，小球B的直径的直径恰好等于正方体容器的恰好等于正方体容器的边长边长，A、B的的质质量分量分别为别为mA、mB，将，将A如如图图336所示以初速度所示以初速度v0竖竖直向上抛出直向上抛出设设容器受到的空气阻力容器受到的空气阻力为为其重力的其重力的k k倍倍(k k1，为为常数常数)则则：(1)小小球球在在上上升升过过程程中中受受到到的的容容器器弹弹力力F1大小、方向怎大小、方向怎样样？(2)下下落落过过程程中中小小球球受受到到容容器器的的弹弹力力F2大小、方向怎大小、方向怎样样？(3)容容器器回回到到抛抛出出点点的的速速度度大大小小是是多多大大？2021/8/9 星期一18解解析析：(1)上上升升过过程程中中，整整体体受受重重力力、阻阻力力，方方向向均均竖竖直直向向下下，设设竖竖直直向向下下为为正正方方向向，由由Fma得得(mAmB)gk k(mAmB)g(mAmB)a1 对对小小球球B：mBgF1mBa1由由解得解得F1k kmBg，a1g(1k k)F1为正，可知为正，可知F1方向竖直向下方向竖直向下(2)下下落落过过程程中中，整整体体受受向向下下的的重重力力和和向向上上的空气阻力，加速度为的空气阻力，加速度为a2，由由Fma得得(mAmB)gk k(mAmB)g(mAmB)a2对小球对小球B，mBgF2mBa2由由解得解得F2k kmBg，a2g(1k k)a2为为正正，方方向向竖竖直直向向下下，F2为为负负，方方向向竖竖直直向上向上2021/8/9 星期一19(3)设上升的高度为设上升的高度为h，则，则0 2g(1k k)h下落时，下落时，v22g(1k k)h由由解得解得v v0.答答案案：(1)k kmBg，方方向向竖竖直直向向下下(2)k kmBg，方向，方向竖竖直向上直向上(3)v02021/8/9 星期一20图图33721如如图图337所所示示，光光滑滑水水平平面面上上放放置置质质量分量分别为别为m、2m的的A、B两个物两个物 体体，A、B间间的的最最大大静静摩摩擦擦力力为为mg，现现用用水平拉力水平拉力F拉拉B，使，使AB以同一以同一 加速度运加速度运动动，则则拉力拉力F的最大的最大值为值为()Amg B2mg C3mg D4mg 解解析析：当当A、B之之间间恰恰好好不不发发生生相相对对滑滑动动时时力力F最最大大，此此时时，对对于于A物物体体所所受受的的合合外外力力为为mg.由由牛牛顿顿第第二二定定律律知知aA g，对对于于A、B整整体体，加加速速度度aaAg，由由牛牛顿第二定律得顿第二定律得F3ma3mg.答案：答案：C2021/8/9 星期一21【例【例3】如图】如图338所示，一辆卡车后面用轻绳拖着所示，一辆卡车后面用轻绳拖着 质量为质量为m的物体的物体A，A与地面的摩擦不计与地面的摩擦不计 (1)当卡车以当卡车以a1 g的加速度运动时，绳的拉力为的加速度运动时，绳的拉力为 mg，则，则A对地面的压力为多大？对地面的压力为多大？(2)当卡车的加速度当卡车的加速度a2g时，绳的拉力为多大？时，绳的拉力为多大？解析：解析：(1)卡车和卡车和A的加速度一致由图知绳的拉力的加速度一致由图知绳的拉力 的分力使的分力使A产生了加速度，故有：产生了加速度，故有：mgcos m g，解得解得cos ，sin .设地面对设地面对A的弹力为的弹力为FN，则有，则有 FNmg mgsin mg 由牛顿第三定律得：由牛顿第三定律得：A对地面的压力为对地面的压力为 mg.(2)设地面对设地面对A弹力为零时，物体的临界加速度为弹力为零时，物体的临界加速度为a0，则则a0gcot g，故当，故当a2ga0时，物体已飘时，物体已飘 起，此时物体所受合力为起，此时物体所受合力为mg，则由三角形知识可，则由三角形知识可 知，拉力知，拉力F2 答案：答案：(1)mg(2)图图3382021/8/9 星期一22若将水平拉力若将水平拉力F作用在木块作用在木块B上，使四个木块以相同的加速度运动，则轻绳对上，使四个木块以相同的加速度运动，则轻绳对m的的最大拉力为多少？最大拉力为多少？答案：答案：mg2021/8/9 星期一2331如图如图339所示，光滑水平面上静止放着长所示，光滑水平面上静止放着长L1 m，质量为，质量为M3 kg的木的木 板板(厚度不计厚度不计)，一个质量为，一个质量为m1 kg的小物体放在木板的最右端，的小物体放在木板的最右端，m和和M之间之间 的动摩擦因数的动摩擦因数0.1，今对木板施加一水平向右的拉力，今对木板施加一水平向右的拉力F.(g取取10 m/s2)(1)为使小物体不掉下去，为使小物体不掉下去，F不能超过多少？不能超过多少？(2)如果拉力如果拉力F10 N恒定不变，求小物体所能获得的最大速率？恒定不变，求小物体所能获得的最大速率？图图3392021/8/9 星期一24解析：解析：(1)为使小物体不掉下去，必须让小物体和木板相对静止，即两者具有相同为使小物体不掉下去，必须让小物体和木板相对静止，即两者具有相同的加速度，把小物体和木板看作整体，则由牛顿第二定律得的加速度，把小物体和木板看作整体，则由牛顿第二定律得F(Mm)a，对小物，对小物体受力分析可知，其合力为静摩擦力，而最大静摩擦力提供最大的加速度，即体受力分析可知，其合力为静摩擦力，而最大静摩擦力提供最大的加速度，即mgma，联立两个式子可得：，联立两个式子可得：F(Mm)g0.1(31)10 N4 N.(2)小物体的加速度小物体的加速度a1 g0.110 m/s21 m/s2，木板的加速度，木板的加速度a2 m/s23 m/s2，由，由 a2t2 a1t2L解得小物体滑出木板所用时间解得小物体滑出木板所用时间t1 s小物体离开木板时的速度小物体离开木板时的速度v1a1t1 m/s.答案答案：(1)4 N(2)1 m/s2021/8/9 星期一252021/8/9 星期一26